合肥研究院提出下层原子散射表面电子扫描隧道显微学证据

　　一直以来，人们对下层原子与表面电子态之间的关系缺乏认识，因而导致了一系列的争议。近期，中国科学院强磁场科学中心陆轻铀教授课题组提出了一种“集体干涉”理论模型，通过引入层间作用因子，能够定量地揭示它们之间的关联。相关研究以《下层原子散射表面电子的扫描隧道显微学证据》（Scanning tunneling microscopy evidences for surface electron scattering by underlying atoms）为题，发表于最新一期《碳》（Carbon）杂志上。

　　借助自主研发的高质量超高真空扫描隧道显微镜，课题组首次观测到石墨中原子分辨率的第二层刃型位错（亚表面原子台阶），这一发现直观地展现了表面电子态的分布随着层间作用的变化而显著改变这一现象。进一步的研究发现，通过对石墨样品热处理，在石墨晶界附近观测到大量奇异的超结构（superstructure）。课题组提出了一种简单明晰的“集体干涉”理论模型，能够解释这些现象：表面原子、下层原子以及这两层中的缺陷均能散射表面电子，对电子态的分布均有贡献，而下层的原子和缺陷通过改变表面散射势的强度参与表面电子的散射。经过理论模拟，下层原子对电子态的影响可以通过层间作用因子进行定量分析。这一研究成果（尤其在原子尺度上）对理解层状材料的层间相互作用的本质以及特定表面电子态的调制具有重要意义。

　　该研究工作受稳态强磁场实验装置组合显微测试系统支持，受中央高校基本科研业务费专项资金、国家自然科学基金资助。

（a）石墨表面电子波的集体干涉模型，（b）表面层和下层的散射势及其在表面层中的总散射势，（c）-（e）以不同层间作用因子（见（f））模拟出的石墨STM图像，这些图像在石墨缺陷附近都被实际测量到了。

用STM在石墨上测得的原子分辨率的第二层刃型位错（上排图（a）-（e）），三段弧O圈超结构（下排图（a））及其集体干涉模型的模拟结果（下排图（b））。